第6讲控制网络与总线课件

6.工业控制网络和总线1 1 1 1、常用通信方式和通信的实现；、常用通信方式和通信的实现；、常用通信方式和通信的实现；、常用通信方式和通信的实现；2 2 2 2、工业网络和现场总线；、工业网络和现场总线；、工业网络和现场总线；、工业网络和现场总线；3 3 3 3、测量准确和控制精度；、测量准确和控制精度；、测量准确和控制精度；、测量准确和控制精度；4 4 4 4、接口数字集成电路。、接口数字集成电路。、接口数字集成电路。、接口数字集成电路。学生思考举例：了解生活和上网中对网络应用性能的感受，学生思考举例：了解生活和上网中对网络应用性能的感受，学生思考举例：了解生活和上网中对网络应用性能的感受，学生思考举例：了解生活和上网中对网络应用性能的感受，对网络种类和组成的认识。对网络种类和组成的认识。对网络种类和组成的认识。对网络种类和组成的认识。计算机与计算机或设备之间的数据交换称为通信计算机与计算机或设备之间的数据交换称为通信。基本通信方式基本通信方式：并行通信：并行通信：数据的各位同时传送数据的各位同时传送，速度快速度快,传输线多传输线多，近距离。近距离。串行通信串行通信：数据逐位顺序传送数据逐位顺序传送，速度慢速度慢，节省传输线节省传输线，远远距离。距离。6.1数据通信技术数据通信技术一、数据通信方式一、数据通信方式一、数据通信方式一、数据通信方式通信方式还分为异步和同步传送两种形式。通信方式还分为异步和同步传送两种形式。两地之间在同一时刻实现送和接受为同步两地之间在同一时刻实现送和接受为同步.传输速率指标：波特率（传输速率指标：波特率（bit/s 位位/秒）秒）,如如20kbps。二、通信线路的通信方式二、通信线路的通信方式二、通信线路的通信方式二、通信线路的通信方式ABABBA通信线路通信线路 三种通信方式三种通信方式1、单工通信方式、单工通信方式信息只能单向传输。信息只能单向传输。2、半双工通信方式、半双工通信方式信息能双向传输，信息能双向传输，但不能同时进行。但不能同时进行。3、全双工通信方式、全双工通信方式信息可以同时沿两个方向传输。信息可以同时沿两个方向传输。国际标准化组织国际标准化组织:ISO+:ISO+标准号标准号国际电工委员会国际电工委员会:IEC+:IEC+标准号标准号美国电子工业协会美国电子工业协会:EIA:EIA中国国家标准中国国家标准:GB+:GB+标准号标准号 标准的竞争是最大的竞争。行业标准和企业标准。标准的竞争是最大的竞争。行业标准和企业标准。国家标准更接近的是欧洲标准，如电气标准国家标准更接近的是欧洲标准，如电气标准GB-T 4728.1-1985。RS-232C电气标准电气标准+15V,-15V RS-422电气标准电气标准+5V,-0V RS-485电气标准电气标准+5V,-0V,与与TTL兼容兼容 RS-232C的电气接口是单端的、双极性电源供电电路。的电气接口是单端的、双极性电源供电电路。不不足之处：数据传输速率局限于足之处：数据传输速率局限于20kbps；传输距离局限于；传输距离局限于15m；RS-422A标准规定了差分平衡的电气接口，能在较长距离内标准规定了差分平衡的电气接口，能在较长距离内明显提高速率，在明显提高速率，在1200m距离内把速率提高到距离内把速率提高到l00k波特，或在波特，或在较短距离内提高到较短距离内提高到10M波特。波特。实现两点之间远程通信时，需要实现两点之间远程通信时，需要两对平衡差分电路形成全双工传输电路。两对平衡差分电路形成全双工传输电路。RS-422A两点传输电路两点传输电路RS-485：采用平衡差分电路，为半双工工作方式，因而可：采用平衡差分电路，为半双工工作方式，因而可以采用一对平衡差分信号线来连接。发送电路由使能信号加以以采用一对平衡差分信号线来连接。发送电路由使能信号加以控制。控制。RS-485两点传输电路两点传输电路 RS-485多点互连系统多点互连系统 RS-232C/RS-485转换传输示意图转换传输示意图RS-232C/422A转换装置原理图转换装置原理图表表3-4 RS-232C主要端子分配主要端子分配 工业网络技术是为分散型控制系统提供通信介质、工业网络技术是为分散型控制系统提供通信介质、传输控制和通信功能的手段。互连和通信是工业网络传输控制和通信功能的手段。互连和通信是工业网络的核心。的核心。网络中互连的点称为结点或站，结点间的物网络中互连的点称为结点或站，结点间的物理连接结构称为拓扑。理连接结构称为拓扑。局部网络通常有局部网络通常有4种结构：星形、环形、总线种结构：星形、环形、总线形和树形。形和树形。6.2 工业网络技术工业网络技术一、工业网络概述一、工业网络概述一、工业网络概述一、工业网络概述1 1、网络拓扑结构、网络拓扑结构、网络拓扑结构、网络拓扑结构N NS1S1S5S5S2S2S4S4S3S3站站主结点主结点N N：主结点：主结点 S1 S1S5S5：站：站 星形结构星形结构任何两个站之间的通信都要任何两个站之间的通信都要通过主结点。通过主结点。主结点要求：功能强，容量主结点要求：功能强，容量大，速度快。但可靠性低。大，速度快。但可靠性低。1 1）星形结构）星形结构）星形结构）星形结构星形结构网络的特点：星形结构网络的特点：网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；网络延迟时间短，传输错误率较低；网络延迟时间短，传输错误率较低；网络可靠性低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪；网络可靠性低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪；属于分散型网络。属于分散型网络。结点是信息接收和发送中结点是信息接收和发送中继器。信息传送距离远，能保继器。信息传送距离远，能保证信号质量。证信号质量。N1N1N5N5N4N4N2N2N3N3S1S1S5S5S2S2S4S4S3S3站站结点结点S1-S2S1-S2：站：站N1-N2N1-N2：结点：结点 环形结构环形结构环形结构网络特点：环形结构网络特点：信息流在网络中沿固定的方向流动，两信息流在网络中沿固定的方向流动，两结点间仅有唯一的通路，简化了路径选择；结点间仅有唯一的通路，简化了路径选择；环路中每个结点的收发信息均由环接口环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，因此控制软件较简单；控制，因此控制软件较简单；环路中某结点故障时，可采用旁路环的环路中某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性；方法，提高了可靠性；环结构其结点数的增加将影响信息的传环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率。输效率。2 2）环形结构）环形结构）环形结构）环形结构S1-S6：站：站S1S2S3S4S5S6通信总线通信总线站站总线形结构总线形结构一条开环无源的同轴电缆作为公共通信线路，各站一条开环无源的同轴电缆作为公共通信线路，各站通过型接插器连到电缆上，属于分散型网络。通过型接插器连到电缆上，属于分散型网络。3 3）总线形结构）总线形结构）总线形结构）总线形结构总线型网络特点：总线型网络特点：结构简单灵活，扩展方便；结构简单灵活，扩展方便；可靠性高，网络响应速度快；可靠性高，网络响应速度快；共享资源能力强，便于广播式工作；共享资源能力强，便于广播式工作；设备少、价格低、安装和使用方便；设备少、价格低、安装和使用方便；从拓扑结构和介质访问控制方式的角度，对工业从拓扑结构和介质访问控制方式的角度，对工业网络的性能进行评价，其评价准则可归纳为网络的性能进行评价，其评价准则可归纳为吞吐能力、吞吐能力、稳定性、确定性、可靠性和灵活性五个方面稳定性、确定性、可靠性和灵活性五个方面。总线形和环形结构成为工业网络的主流拓扑结构。总线形和环形结构成为工业网络的主流拓扑结构。四、工业网络的性能评价和选型四、工业网络的性能评价和选型四、工业网络的性能评价和选型四、工业网络的性能评价和选型1 1、工业网络的性能评价、工业网络的性能评价、工业网络的性能评价、工业网络的性能评价大型系统常采用分散型控制的模式，系统主要分大型系统常采用分散型控制的模式，系统主要分为三级：为三级：分散过程控制级（下层）分散过程控制级（下层）集中操作监控级（中层）集中操作监控级（中层）2 2、工业网络的选型、工业网络的选型、工业网络的选型、工业网络的选型1 1）大型系统的工业网络选型）大型系统的工业网络选型）大型系统的工业网络选型）大型系统的工业网络选型 综合信息管理级（上层）综合信息管理级（上层）集中操作监控级和分散过程控制级。集中操作监控级和分散过程控制级。2）中小型系统的工业网络选型）中小型系统的工业网络选型控制系统：控制性能优越、性能价格比较高、可维控制系统：控制性能优越、性能价格比较高、可维护性好、可靠性高、构成方式灵活、操作简单。护性好、可靠性高、构成方式灵活、操作简单。DCS又称分布式计算机控制系统，简称集散型控制又称分布式计算机控制系统，简称集散型控制系统系统(Distributed Control System)。DCS综合了计算机、控制综合了计算机、控制、通信、显示技术，集中、通信、显示技术，集中了连续、批量、逻辑顺序控制、数据采集等功能。了连续、批量、逻辑顺序控制、数据采集等功能。DCS采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则。系统安全可靠、通用灵活。是一种新型治的设计原则。系统安全可靠、通用灵活。是一种新型的过程控制系统，是实现大系统控制的理想方案。的过程控制系统，是实现大系统控制的理想方案。6.3集散型控制系统集散型控制系统(DCS)直接面向生产过程，完成生产过程的数据采集、直接面向生产过程，完成生产过程的数据采集、调节控制、顺序控制等功能，面向传感器的信号，如调节控制、顺序控制等功能，面向传感器的信号，如热电偶、热电阻、变送器热电偶、热电阻、变送器(温度、压力、液位温度、压力、液位)及开关及开关量等信号，其输出是驱动执行机构。量等信号，其输出是驱动执行机构。构成这一级的主要装置有：构成这一级的主要装置有：现场控制站现场控制站(工业控制机工业控制机)；可编程序控制器可编程序控制器(PLC)；智能调节器；智能调节器；其它测控装置。其它测控装置。1 1）分散过程控制级）分散过程控制级）分散过程控制级）分散过程控制级控制器控制器工业控制机工业控制机嵌入式控制器嵌入式控制器PLC控制器控制器单片机单片机DSPARM单回路调节器单回路调节器 在在DCS中实现整个企业中实现整个企业(或工厂或工厂)的综合信息管理，的综合信息管理，主要执行生产管理和经营管理功能。简称主要执行生产管理和经营管理功能。简称MIS。市场经营管理子系统市场经营管理子系统生产管理子系统生产管理子系统财务管理子系统财务管理子系统人事管理子系统人事管理子系统四、四、四、四、DCSDCS的综合信息管理级的综合信息管理级的综合信息管理级的综合信息管理级1 1、MISMIS的组成的组成的组成的组成 (2)MIS的软件组成的软件组成管理人、财、物，产、供、销管理人、财、物，产、供、销 Bitbus是主从式、总线型高速串行网，电气接口采是主从式、总线型高速串行网，电气接口采用平衡传送的用平衡传送的RS-485标准，传输介质是双绞线或同轴标准，传输介质是双绞线或同轴电缆。电缆。6.4 6.4 位总线位总线位总线位总线(Bitbus)(Bitbus)通信网络技术通信网络技术通信网络技术通信网络技术 Bitbus的核心是高性能的的核心是高性能的VLSI芯片族芯片族8044 BEM (8744，8344)。其中，不带片内。其中，不带片内ROM的是的是8344；带有；带有片内片内4KROM的是的是8044；带有片内；带有片内4KEPROM的是的是8744。8044内部有一个可独立工作的串行通信接口单元内部有一个可独立工作的串行通信接口单元SIU；192字节的片内字节的片内RAM；35个内部特殊功能寄存个内部特殊功能寄存器器(SFR)；对于低；对于低128个字节个字节RAM，是直接地址访问的，是直接地址访问的SFR；128192字节的内部字节的内部RAM，必须间接寻址访问，必须间接寻址访问，从而与有相同地址的从而与有相同地址的SFR相区分。相区分。一、一、一、一、8044 BEM8044 BEM硬件结构简介硬件结构简介硬件结构简介硬件结构简介1 1、8044 8044系列单片机的引脚图（表系列单片机的引脚图（表系列单片机的引脚图（表系列单片机的引脚图（表7.2 7.2 图图图图 7.25 7.25）双微机控制结构，实现控制与通信任务的分离。双微机控制结构，实现控制与通信任务的分离。8044内部结构简图内部结构简图 SIU执行同步执行同步数据链路控制数据链路控制(SDLC）协议，实）协议，实现网络通信。两个现网络通信。两个处理器通过分时多处理器通过分时多路转换双口路转换双口RAM和一些特殊功能寄和一些特殊功能寄存器进行通信。存器进行通信。建立一个位总线的结点，只需用建立一个位总线的结点，只需用8044再加一个电再加一个电源、一片晶体振荡器和一个收发器。源、一片晶体振荡器和一个收发器。2 2、80448044内部结构内部结构内部结构内部结构1 1、物理层、物理层、物理层、物理层(电气接口电气接口电气接口电气接口)四层结构：物理层、链路层、消息层和应用层。四层结构：物理层、链路层、消息层和应用层。Bitbus通信的电气接口符合通信的电气接口符合RS-485标准，采用平标准，采用平衡差分长线驱动器衡差分长线驱动器/接收器、半双工传送，通信介质为接收器、半双工传送，通信介质为双绞线或同轴电缆。根据传输距离和速率的不同，可双绞线或同轴电缆。根据传输距离和速率的不同，可设定为外同步模式、自同步模式。设定为外同步模式、自同步模式。二、二、二、二、BitbusBitbus通信规程通信规程通信规程通信规程 Bitbus通信的数据链路层符合通信的数据链路层符合SDLC规约。是基于规约。是基于在公共通信链路上，在公共通信链路上，主站和一个或多个从站之间进行主站和一个或多个从站之间进行数据交换的规程。数据交换的规程。主站负责控制整个网络，向从站发主站负责控制整个网络，向从站发送各种控制命令，从站按照来自主站的命令动作，并送各种控制命令，从站按照来自主站的命令动作，并对主站的命令作出应答。主站可以选择任意一个从站对主站的命令作出应答。主站可以选择任意一个从站交换数据信息，任一从站一旦被选中，既可以接收来交换数据信息，任一从站一旦被选中，既可以接收来自主站的信息，也可依据主站的命令向主站发送信息。自主站的信息，也可依据主站的命令向主站发送信息。SDLC规定：规定：一个基本信息单元叫一帧，一帧包一个基本信息单元叫一帧，一帧包括六个部分。括六个部分。2 2、链路层、链路层、链路层、链路层(数据链路控制数据链路控制数据链路控制数据链路控制)信息帧格式。在信息帧格式。在BITBUS位总线各节点之间通信时，位总线各节点之间通信时，定义采用定义采用Order/Reply(命令命令/应答应答)结构。结构。Bitbus消息格式消息格式3 3、消息层、消息层、消息层、消息层(报文协议报文协议报文协议报文协议)在消息层的基础上，定义了远程存取控制在消息层的基础上，定义了远程存取控制(RAC)的一系列命令，即在传送的数据当中，规的一系列命令，即在传送的数据当中，规定了具体的数据格式，在命令中定义了一系列相定了具体的数据格式，在命令中定义了一系列相应的代码。从结点收到一帧信息后，由命令中取应的代码。从结点收到一帧信息后，由命令中取出的代码确定属于远程存取控制的何种命令，然出的代码确定属于远程存取控制的何种命令，然后由数据中确定地址和数据内容。后由数据中确定地址和数据内容。4 4、应用层、应用层、应用层、应用层(远程存取控制远程存取控制远程存取控制远程存取控制)可实现三种网络拓扑结构：点到点半双工、多可实现三种网络拓扑结构：点到点半双工、多点半双工、环形网结构。点半双工、环形网结构。三、三、三、三、BitbusBitbus通信网络的应用通信网络的应用通信网络的应用通信网络的应用Bitbus网络拓扑结构网络拓扑结构现场总线：连接智能现场设备和自动化系统的数现场总线：连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。字式、双向传输、多分支结构的通信网络。6.5现场总线现场总线(Fieldbus)技术技术一、现场总线概述一、现场总线概述一、现场总线概述一、现场总线概述1 1、现场总线及其体系结构、现场总线及其体系结构、现场总线及其体系结构、现场总线及其体系结构1）现场通信网络）现场通信网络2）现场设备互连）现场设备互连（FF现场总线控制系统）现场总线控制系统）变送器；变送器；执行器；执行器；服务器和网桥；服务器和网桥；辅助设备；辅助设备；监控设备。监控设备。3 3）互操作性）互操作性）互操作性）互操作性FCS中的分散功能块中的分散功能块4）分散功能块）分散功能块5）通信线供电）通信线供电 用一对通信线连接多台数字仪表代替一对信号用一对通信线连接多台数字仪表代替一对信号线只能连接一台仪表；线只能连接一台仪表；用多变量、双向、数字通信方式代替单变量、用多变量、双向、数字通信方式代替单变量、单向、模拟传输方式；单向、模拟传输方式；用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模拟仪表；拟仪表；用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站；用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站；用现场总线控制系统用现场总线控制系统FCS代替传统的分散控制代替传统的分散控制系统系统DCS；变革传统的信号标准、通信标准和系统标准；变革传统的信号标准、通信标准和系统标准；变革传统的自动化系统体系结构、设计方法和变革传统的自动化系统体系结构、设计方法和安装调试方法。安装调试方法。2 2、现场总线和、现场总线和、现场总线和、现场总线和FCSFCS的变革的变革的变革的变革1 1）现场总线对自动化领域的变革）现场总线对自动化领域的变革）现场总线对自动化领域的变革）现场总线对自动化领域的变革 信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直至最高层和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连。均为通信网络互连。系统结构是全分散式，把系统结构是全分散式，把DCS控制站的功能化控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制。站，实现彻底的分散控制。现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS控制层的封闭性和专用性。控制层的封闭性和专用性。通信网络为开放式互连网络，既可同层网络互通信网络为开放式互连网络，既可同层网络互连，也可与不同层网络互连，可方便共享网络数据库。连，也可与不同层网络互连，可方便共享网络数据库。技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使用。可供任何人使用。2 2）FCSFCS对对对对DCSDCS的变革的变革的变革的变革 一对一结构。一对一结构。可靠性差。可靠性差。失控状态。失控状态。互换性差。互换性差。开发、调试周期长，可维护性差，施工和维开发、调试周期长，可维护性差，施工和维护成本高。护成本高。3 3、现场总线产生的原因、现场总线产生的原因、现场总线产生的原因、现场总线产生的原因1 1）传统模拟仪表的缺点）传统模拟仪表的缺点 一对一对N结构。结构。可靠性高。可靠性高。可控状态。可控状态。互换性。互换性。2 2）现场总线的优点）现场总线的优点）现场总线的优点）现场总线的优点 统一组态。统一组态。互操作性。互操作性。综合功能。综合功能。分散控制。分散控制。开放式系统。开放式系统。FF现场总线示范工程与传统现场总线示范工程与传统DCS相比，各项费用相比，各项费用节省率为：导线节省率为：导线82，螺钉，螺钉63，接口板，接口板50，安全，安全栅栅50，另外还节省材料费、工时费等。，另外还节省材料费、工时费等。1984年，美国仪表协会（年，美国仪表协会（ISA）现场总线标准现场总线标准1985年，国际电工委员会年，国际电工委员会 现场总线体系结现场总线体系结构与标准的研究制定工作构与标准的研究制定工作1986年，德国开始制定过程现场总线年，德国开始制定过程现场总线 PROFIBUS；Rocemount提出提出HART协议协议1992年，由年，由Siemens、Rocemount等等80家公司联合，家公司联合，成立了成立了ISPPROFIBUS1993年，以年，以Honeywell等等120多个公司，成立了多个公司，成立了World FIP；由；由Siemens、Rocemount等等70多家公司联多家公司联合成立了合成立了HART通信信息基金会通信信息基金会HCF1994年，年，ISP和和World FIB北美部分合并，成立了北美部分合并，成立了现场总线基金会现场总线基金会FF 4 4、现场总线的发展过程、现场总线的发展过程、现场总线的发展过程、现场总线的发展过程国际电工委员会：国际电工委员会：1999年年12月通过月通过IEC61158国国际标准：八种类型现场总线际标准：八种类型现场总线 ControlNet Profibus P_Net FF H1 FF HSE(High Speed Ethernet)SwiftNet WorldFIP Interbus1993年年11月月 ISO正式颁布了道路交通运输工具正式颁布了道路交通运输工具数据信息交换高速通信控制器局域网数据信息交换高速通信控制器局域网(CAN)国际标准国际标准 ISO 11898。二、五种典型的现场总线二、五种典型的现场总线二、五种典型的现场总线二、五种典型的现场总线Control Area Network由德国由德国BOSCH公司推出，公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。1 1、CAN(CAN(控制器局域网络控制器局域网络控制器局域网络控制器局域网络)在在CAN中应用的元器件包括中应用的元器件包括MCU（集成（集成CAN的的微处理器）、微处理器）、CAN Controller（CAN控制器）、控制器）、CAN Tranceivers（CAN收发器）、收发器）、LIN Tranceivers（LIN收发器）四类。收发器）四类。PHILIPS现已提供：现已提供：集成集成CAN的微处理器的微处理器P87C591、独立的独立的CAN控制器控制器SJA1000、CAN收发器收发器PCA82C250、高速容错高速容错CAN收发器收发器TJA1050、TJA1040等。等。由美国由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导。称为通用控制网络。公司共同倡导。称为通用控制网络。通信速率：通信速率：300bps1.5Mps通信距离：通信距离：2700m（78kbps，双绞线），双绞线）2600多家公司在不同程度上卷入了多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技技术，术，1000多家公司已经推出了多家公司已经推出了LonWorks产品。产品。广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。2 2、LONWORKS(LONWORKS(局部操作网络局部操作网络局部操作网络局部操作网络)1996年年3月月15日：欧洲现场总线标准日：欧洲现场总线标准EN50170PROFIBUSDP ：加工自动化：加工自动化PROFIBUSFMS：一般自动化：一般自动化PROFIBUSPA ：过程自动化：过程自动化 由西门子公司为主的十几家公司、研究所共同推出。由西门子公司为主的十几家公司、研究所共同推出。传输速率传输速率：9.6kbps12Mbps传输距离传输距离：100m（12Mbps）,400m（1.5Mbps）用中继器延长至用中继器延长至10km最多可挂接最多可挂接127个站点。个站点。应用：应用：1998年年 6月：月：3000台台 1999年年10月：月：4万台万台3 3、PROFIBUS(PROFIBUS(过程现场总线过程现场总线过程现场总线过程现场总线)Highway Addressable Remote Transducer由由Rosemount公司开发并得到八十多家著名公司公司开发并得到八十多家著名公司的支持，称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信的支持，称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议。协议。特点：特点：在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展而在当前具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。4 4、HART(HART(可寻址远程传感器数据通路可寻址远程传感器数据通路可寻址远程传感器数据通路可寻址远程传感器数据通路)基金会现场总线：基金会现场总线：FFFoundation Fieldbus 主要应用在过程自动化领域主要应用在过程自动化领域形成：美国形成：美国Fisher-Rosemount公司、公司、Foxboro、横河、横河、ABB、西门子等、西门子等80家公司制定的家公司制定的ISP协议。协议。以以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的公司为首，联合欧洲等地的150家公司制家公司制定的定的World FIB协议。协议。两大集团于两大集团于1994年年9月合并，成立了现场总线基月合并，成立了现场总线基金会。金会。低速低速H1：传输速率：传输速率：31.25kbps 通信距离：通信距离：1900m（可加中继器延长）（可加中继器延长）高速高速H2：传输速率：传输速率：1Mbps （750m）2.5Mbps（500m）5 5、FFFF（现场总线基金会（现场总线基金会（现场总线基金会（现场总线基金会)现场总线现场总线现场总线现场总线四、现场总线控制系统性能分析四、现场总线控制系统性能分析四、现场总线控制系统性能分析四、现场总线控制系统性能分析在设计工业控制系统时，通常有在设计工业控制系统时，通常有4种选择：种选择：4种控制系统结构图种控制系统结构图(a)PC+Fieldbus(b)DCS(c)PC+PLC(d)PC+SLC 4种控制系统性能对比表种控制系统性能对比表 FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计现场总线仪表的现场总线仪表的功能功能：输入输入 输出输出控制控制 运算运算用功能块在现场总线上用功能块在现场总线上组成常规组成常规控制回路控制回路，例如，单回路、串级、前馈、例如，单回路、串级、前馈、比值、选择性控制、等等。比值、选择性控制、等等。控制回路控制回路 设计设计原则原则：组成控制回路的功能块组成控制回路的功能块 在在同一同一现场总线段上。现场总线段上。FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计控制回路控制回路 设计设计步骤步骤：根据测控点信号的分布和根据测控点信号的分布和 控制回路的构成，控制回路的构成，为每个现场总线段为每个现场总线段配置配置 现场总线现场总线仪表仪表(变送器、执行器变送器、执行器)；为现场总线仪表取仪表名；为现场总线仪表取仪表名；为现场总线仪表内的功能块取功能块名；为现场总线仪表内的功能块取功能块名；控制回路的组态设计。控制回路的组态设计。FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计 FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计图图13.10 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块构成构成现场总线现场总线流量变送器流量变送器调节阀调节阀操作站操作站AI FT123OUTPID FC123OUT INAO FV123 CAS_IN温度变送器温度变送器PID TC123OUT INAI TT123OUTCAS_IN实例实例(图图13.10)：现场总线段上有现场总线段上有3台现场总线仪表：台现场总线仪表：温度变送器温度变送器 流量变送器流量变送器 调节阀调节阀(阀门定位器阀门定位器)构成构成温度温度流量流量串级串级控制回路。控制回路。取取仪表名仪表名：温度变送器为温度变送器为 T123_TEMP流量变送器为流量变送器为 F123_FLOW调节阀调节阀(阀门定位器阀门定位器)为为 V123_VALVE FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计图图13.10 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块构成构成现场总线现场总线流量变送器流量变送器调节阀调节阀操作站操作站AI FT123OUTPID FC123OUT INAO FV123 CAS_IN温度变送器温度变送器PID TC123OUT INAI TT123OUTCAS_IN FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计取取功能块名功能块名：温度变送器内温度变送器内温度温度输入输入功能块名为功能块名为TT123，PID 控制控制功能块名为功能块名为TC123，流量变送器内流量变送器内流量流量输入输入功能块名为功能块名为FT123，调节阀内调节阀内 PID控制功能控制功能 块名为块名为FC123 阀位输出功能阀位输出功能 块名为块名为FV123图图13.10 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块构成构成现场总线现场总线流量变送器流量变送器调节阀调节阀操作站操作站AI FT123OUTPID FC123OUT INAO FV123 CAS_IN温度变送器温度变送器PID TC123OUT INAI TT123OUTCAS_IN FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计控制控制回路组态回路组态：图图13.11 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块连接连接OUT AI FT123CAS_INAO FV123BKCAL_OUTOUTCAS_INOUT AI TT123PID FC123BKCAL_ININOUTBKCAL_OUTCAS_INPID TC123BKCAL_ININOUTBKCAL_OUTCAS_IN图图13.10 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块构成构成现场总线现场总线流量变送器流量变送器调节阀调节阀操作站操作站AI FT123OUTPID FC123OUT INAO FV123 CAS_IN温度变送器温度变送器PID TC123OUT INAI TT123OUTCAS_IN单单回路回路控制中功能块的配置控制中功能块的配置原则原则：AI功能块配置在功能块配置在变送器变送器中，中，PID功能块和功能块和AO功能块配置功能块配置 在调节阀的在调节阀的阀门定位器阀门定位器中。中。FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计现场总线现场总线液位变送器液位变送器调节阀调节阀操作站操作站AI LT123OUTPID LC123OUT IN CAS_INAO LV123图图13.8 现场总线现场总线单回路单回路控制的功能块控制的功能块构成构成OUT AI LT123PID LC123BKCAL_ININOUTCAS_INAO LV123BKCAL_OUTOUTCAS_IN图图13.9 现场总线现场总线单回路单回路控制的功能块控制的功能块连接连接优点：优点：减轻现场总线的减轻现场总线的 通信负荷，通信负荷，提高可靠性。提高可靠性。图图13.8和图和图13.9所示的单回路控制中，所示的单回路控制中，占用现场总线通信的占用现场总线通信的变量只有变量只有LT123.OUT单单回路回路控制中功能块的控制中功能块的配置配置原则原则：AI功能块配置在功能块配置在变送器变送器中，中，PID功能块和功能块和AO功能块配置功能块配置 在调节阀的在调节阀的阀门定位器阀门定位器中。中。FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计优点：优点：减轻现场总线的通信负荷，减轻现场总线的通信负荷，提高可靠性。提高可靠性。图图13.8和图和图13.9所示的单回路控制中，所示的单回路控制中，占用现场总线通信的变量占用现场总线通信的变量只有只有LT123.OUT FCS应用的应用的工程设计工程设计1.现场总线现场总线控制回路控制回路的设计的设计串级串级控制回路中控制回路中 功能块的配置功能块的配置原则原则：主回路主回路的的AI功能块和功能块和 PID功能块配置功能块配置 在主被控量变送器中，在主被控量变送器中，副回路副回路的的AI功能块配置功能块配置 在副被控量变送器中，在副被控量变送器中，副回路的副回路的PID功能块和功能块和 AO功能块配置功能块配置 在调节阀的在调节阀的 阀门定位器中。阀门定位器中。图图13.10 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块构成构成现场总线现场总线流量变送器流量变送器调节阀调节阀操作站操作站AI FT123OUTPID FC123OUT INAO FV123 CAS_IN温度变送器温度变送器PID TC123OUT INAI TT123OUTCAS_IN图图13.11 现场总线现场总线串级串级控制回路的功能块控制回路的功能块连接连接OUT AI FT123CAS_INAO FV123BKCAL_OUTOUTCAS_INOUT AI TT123PID FC123BKCAL_ININOUTBKCAL_OUTCAS_INPID TC123BKCAL_ININOUTBKCAL_OUTCAS_IN 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日